Studijní program: N2301 Strojní inženýrství Studijní zaměření: Strojírenská technologie - technologie obrábění DIPLOMOVÁ PRÁCE

Transkript

1 ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA STROJNÍ Studijní program: N2301 Strojní inženýrství Studijní zaměření: Strojírenská technologie - technologie obrábění DIPLOMOVÁ PRÁCE Racionalizace výroby zapouzdřených vodičů Autor: Bc. Ondřej LUKUCZ Vedoucí práce: Ing. Jiří VYŠATA, Ph.D. Akademický rok 2013/2014

2

3

4 Poděkování Na tomto místě bych chtěl poděkovat především vedoucímu mé diplomové práce, Ing. Jiřímu Vyšatovi, Ph.D., za ochotu, trpělivost a cenné rady při zpracování tématu. Prohlášení o autorství Předkládám tímto k posouzení a obhajobě diplomovou práci, zpracovanou na závěr studia na Fakultě strojní Západočeské univerzity v Plzni. Prohlašuji, že jsem tuto diplomovou práci vypracoval samostatně, s použitím odborné literatury a pramenů, uvedených v seznamu, který je součástí této diplomové práce. V Plzni dne: podpis autora

5 ANOTAČNÍ LIST DIPLOMOVÉ (BAKALÁŘSKÉ) PRÁCE AUTOR Příjmení Lukucz Jméno Ondřej STUDIJNÍ OBOR Strojírenská technologie technologie obrábění VEDOUCÍ PRÁCE Příjmení (včetně titulů) Ing. Vyšata, Ph.D. Jméno Jiří PRACOVIŠTĚ ZČU - FST - KTO DRUH PRÁCE DIPLOMOVÁ BAKALÁŘSKÁ Nehodící se škrtněte NÁZEV PRÁCE Racionalizace výroby zapouzdřených vodičů FAKULTA strojní KATEDRA KTO ROK ODEVZD POČET STRAN (A4 a ekvivalentů A4) CELKEM 64 TEXTOVÁ ČÁST 59 GRAFICKÁ ČÁST 0 STRUČNÝ POPIS (MAX 10 ŘÁDEK) ZAMĚŘENÍ, TÉMA, CÍL POZNATKY A PŘÍNOSY Tématem diplomové práce je problematika racionalizačních opatření na pracovišti. Cílem je posouzení stávajícího výrobního postupu a navržení možných opatření vedoucích k časovým a finančním úsporám při výrobě zapouzdřených vodičů. KLÍČOVÁ SLOVA ZPRAVIDLA JEDNOSLOVNÉ POJMY, KTERÉ VYSTIHUJÍ PODSTATU PRÁCE Racionalizace, zapouzdřené vodiče, přípravek

6 SUMMARY OF DIPLOMA (BACHELOR) SHEET AUTHOR Surname Lukucz Name Ondřej FIELD OF STUDY Manufacturing Processes Technology of Metal Cutting SUPERVISOR Surname (Inclusive of Degrees) Ing. Vyšata, Ph.D. Name Jiří INSTITUTION ZČU - FST - KTO TYPE OF WORK DIPLOMA BACHELOR TITLE OF THE WORK Racionalization of Isolated Phase Bus Ducts production Delete when not applicable FACULTY Mechanical Engineering DEPARTMENT Machining Technology SUBMITTED IN 2014 NUMBER OF PAGES (A4 and eq. A4) TOTALLY 64 TEXT PART 59 GRAPHICAL PART 0 BRIEF DESCRIPTION TOPIC,GOAL, RESULTS AND CONTRIBUTIONS The theme of this diploma thesis is issue of rationalization measures at workplace. The goal of the thesis is review of current production procedure and proposing of possible measures to reach savings of time and money during production of the Isolated Phase Busducts. KEY WORDS Rationalization, isolated phase busducts, jig

7 Obsah PŘEHLED OBRÁZKŮ, TABULEK, POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ... 2 ÚVOD CHARAKTERISTIKA PROBLÉMU POPIS STÁVAJÍCÍ SITUACE POPIS VÝROBKU POPIS STÁVAJÍCÍHO POSTUPU VÝROBY POUZDRA SHRNUTÍ NEVÝHOD SOUČASNÉHO STAVU NÁVRH ŘEŠENÍ PROBLÉMU NÁVRHY NA ZLEPŠENÍ NÁVRH VARIANT VÝROBY JEDNOTLIVÝCH DÍLŮ POUZDRA Využitím horizontální vyvrtávačky Využitím zakružovačky NÁVRH NA MOŽNOST VYUŽITÍ SVAŘOVACÍHO AUTOMATU TECHNICKO-EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ NORMOVÁNÍ Stávající metoda Metoda A Metoda B Shrnutí ZPRACOVACÍ NÁKLADY NA VÝROBU POUZDRA U VYBRANÉ ZAKÁZKY ROČNÍ ÚSPORY Analýza zakázek Celkové úspory ve zpracovacích nákladech na výrobu pouzdra za rok VÝBĚR NEJLEPŠÍ VARIANTY NÁVRATNOST INVESTIČNÍCH NÁKLADŮ ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

8 Přehled obrázků, tabulek, použitých zkratek a symbolů Přehled obrázků OBR. 1: ZAPOUZDŘENÝ VODIČ - ŘEZ... 5 OBR. 2: PŘEPRAVNÍ JEDNOTKA... 6 OBR. 3: PŘEPRAVNÍ JEDNOTKY V DŘEVĚNÉM RÁMU... 6 OBR. 4: MONTÁŽNÍ SPOJ... 7 OBR. 5: SCHÉMA PROPOJENÍ GENERÁTORU S BLOKOVÝM TRANSFORMÁTOREM [11]... 9 OBR. 6: TRASA TŘÍFÁZOVÉ SESTAVY ZAPOUZDŘENÝCH VODIČŮ OBR. 7: ŘADA IZOLÁTORŮ SE SPODNÍM PODPĚRNÝM IZOLÁTOREM OBR. 8: SADA IZOLÁTORŮ S VÝZTUŽNÝM KRUHEM OBR. 9: PŘÍKLADY JEDNOTLIVÝCH VÝROBKŮ OBR. 10: VÝZTUŽNÉ KRUHY OBR. 11: DRUHY MONTÁŽNÍCH SPOJŮ OBR. 12: KOMPENZÁTOR POUZDRA OBR. 13: ÚLOŽNÁ SEDLA OBR. 14: ZAKRUŽOVÁNÍ PLECHU OBR. 15: PODÉLNÉ SVAŘENÍ POUZDRA OBR. 16: KALIBRACE POUZDRA OBR. 17: ZAROVNÁNÍ ČELNÍCH PLOCH OBR. 18: UPÍNACÍ PŘÍPRAVEK NOŽŮ OBR. 19: UPÍNACÍ OBJÍMKY OBR. 20: DÍLY POUZDRA PŘED ZÁVĚREČNÝM SVAŘOVÁNÍM OBR. 21: SVAŘOVÁNÍ JEDNOTLIVÝCH DÍLŮ POUZDRA OBR. 22: ROZŠÍŘENÍ KONCE PLECHU OBR. 23: MOŽNOST DÉLKOVÉ KOMPENZACE OBR. 24: PŮVODNÍ PŘÍPRAVEK NA TVORBU PERTLU OBR. 25: SVAŘOVÁNÍ VODIČŮ SVAŘOVACÍM AUTOMATEM OBR. 26: SKLÍČIDLO NA UPÍNÁNÍ POUZDER OBR. 27: FIXNÍ PŘÍPRAVEK PRO TVORBU PERTLU OBR. 28: PRINCIP TVORBY PERTLU FIXNÍM PŘÍPRAVKEM OBR. 29: TVAR VÁLEČKU PRO TVORBU PERTLU OBR. 30: POSTUP TVORBY PERTLU POMOCÍ VÁLEČKU S KUŽELOVÝM KONCEM OBR. 31: PŘÍPRAVEK SE DVĚMA PROTILEHLÝMI VÁLEČKY OBR. 32: PRINCIP TVORBY PERTLU POMOCÍ VNĚJŠÍHO VÁLEČKU OBR. 33: PRUŽINOVÝ SYSTÉM ODKLÁPĚNÍ VÁLEČKŮ OBR. 34: SESTAVA PŘÍPRAVKU + ROZPAD SESTAVY OBR. 35: STROJ OSAZENÝ PŘÍPRAVKEM VČETNĚ UPNUTÉHO POUZDRA OBR. 36: PÁKOVÝ MECHANISMUS NA ODKLÁPĚNÍ VNĚJŠÍCH VÁLEČKŮ OBR. 37: PŘÍPRAVEK SE SAMOVOLNÝM ODJIŠŤOVÁNÍM VNĚJŠÍCH VÁLEČKŮ OBR. 38: PRINCIP SAMOVOLNÉHO PŘITLAČOVÁNÍ A ODKLÁPĚNÍ VNĚJŠÍCH VÁLEČKŮ OBR. 39: KOMBINOVANÝ PŘÍPRAVEK SE SAMOVOLNĚ ODKLÁPĚCÍM MECHANISMEM OBR. 40: UPNUTÍ POUZDRA PŘI TVORBĚ PERTLU OBR. 41: KOMBINOVANÝ PŘÍPRAVEK BEZ VNĚJŠÍCH VÁLEČKŮ OBR. 42: APLIKACE KOMBINOVANÉHO PŘÍPRAVKU OBR. 43 KOMBINOVANÝ KRUHOVÝ PŘÍPRAVEK OBR. 44: ROZMÍSTĚNÍ VÁLCŮ A JEJICH POHYB OBR. 45: POSTUP ZAKROUŽENÍ POUZDRA OBR. 46: ÚPRAVA PROSTŘEDNÍCH VÁLCŮ PRO TVORBU PERTLU OBR. 47: MOŽNÉ PŘÍPADY NAJETÍ VYTVOŘENÉHO PERTLU PŘI DRUHÉ OTÁČCE

9 OBR. 48: NÁSUVNÝ PŘÍPRAVEK PRO TVORBU PERTLU + DETAIL UCHYCENÍ OBR. 49: ÚPRAVA SPODNÍHO VÁLCE A VSAZENÝ NÁKRUŽEK OBR. 50: NÁKRUŽEK ROZDĚLENÝ NA SEGMENTY OBR. 51: ÚPRAVA SPODNÍHO VÁLCE PRO KLASICKÉ ZAKRUŽOVÁNÍ BEZ TVORBY PERTLU OBR. 52: TVORBA PERTLU MEZI UPRAVENÝMI VÁLCI BĚHEM ZAKRUŽOVÁNÍ OBR. 53: ZAKRUŽOVAČKA S PŘÍDAVNÝMI VODÍCÍMI PŘÍPRAVKY PRO VEDENÍ PLECHU OBR. 54: UPÍNACÍ OBJÍMKA PRO SVAŘOVÁNÍ POUZDER OBR. 55: SVAŘOVÁNÍ POUZDER POMOCÍ UPÍNACÍCH OBJÍMEK Přehled tabulek TAB. 1: ČASOVÉ NORMY PRO VÝROBU POUZDRA TAB. 2: VSTUPNÍ PARAMETRY VYBRANÉ ZAKÁZKY TAB. 3: NORMY ČASŮ STÁVAJÍCÍ METODA TAB. 4: NORMY ČASŮ METODA A TAB. 5: NORMY ČASŮ METODA B TAB. 6: ČASOVÉ ÚSPORY S PRŮMĚREM POUZDRA NA HLAVNÍ TRASE 960 MM TAB. 7: ČASOVÉ ÚSPORY S PRŮMĚREM POUZDRA NA HLAVNÍ TRASE 1120MM TAB. 8: ZPRACOVACÍ NÁKLADY PRO STÁVAJÍCÍ METODU TAB. 9: ZPRACOVACÍ NÁKLADY PRO METODU A TAB. 10: ZPRACOVACÍ NÁKLADY PRO METODU B TAB. 11: PŘEHLED ZAKÁZEK ZA ROK TAB. 12: PŘEHLED ZAKÁZEK ZA 1. ČTVRTLETÍ ROKU TAB. 13: CELKOVÉ DÉLKY VYROBENÝCH PRŮMĚRŮ POUZDER TAB. 14: CELKOVÉ VÝROBNÍ ČASY PRO PRŮMĚRY POUZDER 800, 960, 1120 A 1280 MM TAB. 15: CELKOVÉ VÝROBNÍ ČASY PRO PRŮMĚRY POUZDER 540, 640 A 860 MM TAB. 16: PŘEHLED ČASOVÝCH A FINANČNÍCH ÚSPOR PRO RŮZNÉ PRŮMĚRY TAB. 17: VÝŠE MOŽNÝCH ÚSPOR U ZAKÁZEK V ROCE Použité zkratky a symboly cca cirka, přibližně tzv. takzvaně m metr mm milimetr kg kilogram Nh normohodina ks kus, kusy, kusů ka kiloampér kv kilovolt % procento hod hodina Kč korun českých 3

10 Úvod V dnešní době je k dosažení životní spokojenosti lidí zapotřebí jistota stálého zaměstnání, nejlépe v blízkém okolí vlastního bydliště. Tuto jistotu může lidem dát pouze stabilní a prosperující firma, která bude schopna dlouhodobě zaměstnávat velké množství lidí. A tak proto, aby firma mohla dlouhodobě prosperovat, musí být schopna získávat co nejvíce zakázek. K získání a především k plnění velkého počtu zakázek firma musí zkrátit dodací termíny, což však zvyšuje nároky na výrobu a samotné zaměstnance. To má bohužel mnohdy negativní vliv jednak na pohodu na pracovišti, a jednak na samotnou kvalitu výrobků. Z tohoto důvodu je nutné nalézt taková opatření ke zvýšení produktivity, aby nedocházelo ke zhoršení kvality výrobků a pracovní pohody. V důsledku toho je tedy nutné provézt analýzu stávajícího výrobního systému, odhalit úzká místa a následně navrhnout možná racionalizační opatření vedoucí k časovým a finančním úsporám, avšak při zachování kvality a spokojenosti zaměstnanců. 4

11 1 Charakteristika problému Ve firmě EGE, spol. s r.o. se vyrábí zapouzdřené vodiče. Jejich dosavadní způsob výroby se vzhledem k narůstající poptávce rámcově potýká s problémy. Výrobní postup je v určitých částech zdlouhavý, a proto je cílem práce provést změny ve způsobu výroby zapouzdřených vodičů tak, aby se dosáhlo úspory nákladů a času. Konkrétně se jedná o jednofázově izolované zapouzdřené vodiče, což jsou hliníkové výrobky, které jsou tvořeny vnější rourou (tzv. pouzdrem), vnitřní rourou (tzv. vodičem) a podpěrnými izolátory. Jednofázově izolovaný znamená, že každá ze tří fází (L1, L2, L3) vodiče je zapouzdřena zvlášť a fáze jsou navzájem izolovány. Na Obr. 1 je vidět řez jednou fází zapouzdřených vodičů. Obr. 1: Zapouzdřený vodič - řez Pouzdra i vodiče jsou vyráběné z hliníkového plechu, který se skrouží do roury. V případě vodiče s průměrem pod 270 mm se používá jako polotovar trubka. Průměr pouzdra je od 400 mm až do velikosti 1820 mm. Vodiče mají průměr od 120 mm do 1080 mm. Tloušťka pouzdra se pohybuje od 3 mm do 11 mm. U vodiče je tloušťka až 20 mm. Plechy, ze kterých je pouzdro tvořeno, mají délku 2 metry. Plechy na vodiče bývají 3 metrové, v případě použití trubek je to 6 metrů. Zapouzdřené vodiče jsou vyráběny po přepravních jednotkách, které jsou dlouhé 1 až 12 metrů. To znamená, že na jednu přepravní jednotku je tedy potřeba použít až 6 plechů k výrobě pouzdra a 4 plechy na vodič. Jednotlivé plechy se pak vzájemně svařují. V případě větších tlouštěk se používá svar typu V a v případě malých tlouštěk je to pí svar. Konce plechů se tedy musí zarovnávat, případně úkosovat. Na Obr. 2 je příklad jedné přepravní jednotky se třemi sadami podpěrných izolátorů, a pouzdrem vyrobeným ze čtyř plechů. Nutno podotknout, že každá přepravní jednotka má svůj samostatný výrobní výkres, takže každý díl je originál. Nicméně mají společné rysy, které jsou v takové míře, že činí z jednotlivých výrobků typovou řadu. 5

12 Obr. 2: Přepravní jednotka Vyrobené přepravní jednotky jsou umisťovány do dřevěných rámů, které jsou následně v kontejnerech nebo dřevěných bednách přepravovány na místo montáže, tedy do elektrárny. Na Obr. 3 je vidět umístění třech přepravních jednotek ve společném dřevěném rámu. Jedna dlouhá je dole a dvě kratší nahoře. Obr. 3: Přepravní jednotky v dřevěném rámu Skládat jednotlivé přepravní jednotky na sebe je možné pouze do průměrů 960 mm. Pro větší průměry zapouzdřených vodičů musí být kvůli výšce kontejnerů pro každou pře- 6

13 pravní jednotku samostatný dřevěný rám. Poté, co jsou přepravní jednotky v kontejnerech či dřevěných bednách dovezeny na stavbu do elektrárny, následuje jejich montáž, kdy jsou jednotlivé přepravní jednotky svařovány dohromady. Jelikož se jedná o jednofázově izolované zapouzdřené vodiče, tedy trasa je tvořena třemi samostatnými fázemi (L1, L2, L3), jsou vzájemně spojovány přepravní jednotky vždy jen ze stejné fáze. Spojení dvou přepravních jednotek se provádí pomocí dělených dílů, které se jsou také hliníkové a na vodiče nebo pouzdra se přivaří. Tomuto spojení se říká montážní spoj. Nejprve jsou svařeny vodiče, poté pouzdra. Princip montážního spoje je vidět na Obr. 4. Obr. 4: Montážní spoj Jedna trasa jednofázově izolovaných zapouzdřených vodičů bývá dlouhá nejčastěji od 100 do 300 metrů. Na jednu fázi tak připadá třetina této délky. Stávající postup výroby pouzdra je následující. Každý plech se nejprve zakrouží, podélně svaří, oba konce se kalibrují, zarovnají se čela, případně se vypálí otvory pro izolátory, odbočky či jiné zařízení a nakonec se vzájemně svaří. Je tedy potřeba vykonat operace na 6 pracovištích. Výroba vodiče je obdobná, jen se nevypalují otvory pro izolátory. V této práci se racionalizace bude týkat pouzdra jednofázově izolovaného zapouzdřeného vodiče, konkrétně jeho postupu výroby. Od racionalizace se očekává úspora času na jeho výrobu a s tím spojené ekonomické úspory. Co se týká výroby pouzdra, již bylo zmíněno, že po zakroužení plechu a jeho podélném svaření následuje operace zarovnání čela a případné úkosování. Oba tyto úkony, tedy zarovnání čela a úkosování probíhají současně na horizontální vyvrtávačce. Pouzdro je upnuto do speciálních objímek na posuvném stole stroje a do vřetena je ve speciálním přípravku upnutý jak úkosovací, tak i zarovnávací nůž. Všechny plechy, s výjimkou těch krajních, se musí zarovnávat z čela na obou stranách. Pouzdro se tedy musí dvakrát upínat do objímek. 7

14 Obráběním obou konců plechu a dvojnásobným upínáním je operace na horizontální vyvrtávačce příliš zdlouhavá. I následnou operaci, svařování jednotlivých částí pouzdra, by bylo vhodné racionalizovat, respektive změnit typ svaru, nebo využít ke svařování svařovacího automatu. Vhodnějším typem svaru je například svar koutový, který je časově i ekonomicky méně náročný. V současné době firmě rapidně narůstá poptávka zakázek na jednofázově izolované zapouzdřené vodiče a s dosti krátkými termíny na jejich realizaci. Chce-li firma uspokojit poptávku co nejvíce zákazníků, nezbývá nic jiného, než na tento zvýšený počet zakázek zareagovat zjednodušením, zrychlením a zlevněním výroby při zachování kvality. 8

15 2 Popis stávající situace 2.1 Popis výrobku V první řadě je třeba si blíže představit samotný výrobek, způsob jeho výroby a požadavky na něj kladené. Zapouzdřené vodiče jsou hliníkové výrobky, které slouží k vyvedení výkonu generátoru v elektrárnách. Přenášený proud je až 40 ka při napětí do 36 kv. Propojují generátor s hlavním blokovým transformátorem. Na Obr. 5 je znázorněno schéma propojení generátoru s blokovým transformátorem pomocí zapouzdřených vodičů, jejichž pouzdra jsou na obou koncích propojena a uzemněna. Obr. 5: Schéma propojení generátoru s blokovým transformátorem [11] Pomocí odbočkových vedení mohou být zapouzdřené vodiče připojené také k transformátorům vlastní spotřeby nebo k budícím transformátorům. Pro lepší představu je na dalším obrázku (Obr. 6) ukázka celé trasy třífázové soustavy jednofázově izolovaných zapouzdřených vodičů propojující generátor, generátorový vypínač a hlavní blokový transformátor. Pomocí odbočkové trasy je připojen také transformátor vlastní spotřeby. Na obrázku je dále vidět, jak jsou jednotlivé přepravní jednotky na sebe napojené pomocí montážních spojů. Pro přehlednost jsou montážní spoje vyznačené červeně. 9

16 Obr. 6: Trasa třífázové sestavy zapouzdřených vodičů Jelikož je každá přepravní jednotka originál, musí být označená transportním číslem, aby při montáži nedošlo k záměně. Pro značení se používá čtyřmístný kód. Prvním znakem je písmeno T a další tři znaky jsou čísla, kde první číslo označuje fázi, a další dvě čísla znamenají pořadí směrem od generátoru. Například první přepravní jednotka u generátoru připojovaná k prostřední fázi L2 má označení T201. Stejnými čísly jsou přepravní jednotky značeny i ve výrobních výkresech. Výrobními výkresy přepravních jednotek jsou vlastně výkresy sestav, do kterých vstupují jednak polotovary plechů v rozvinutém tvaru, a jednak další podsestavy. Plechy se používají na výrobu vodiče a pouzdra. Jednofázově izolovaný zapouzdřený vodič je však tvořen třemi základními druhy prvků. Kromě pouzdra a vodiče jsou to ještě podpěrné izolátory. Izolátory jsou standardně umisťovány ve trojici po 120, jak je vidět na 10

17 Obr. 1 v samém úvodu této práce. Jeden z izolátorů je vrcholový a směřuje svisle vzhůru. V místech s vyššími pevnostními požadavky se někdy zespodu přidává ještě čtvrtý podpěrný izolátor (viz Obr. 7). Obr. 7: Řada izolátorů se spodním podpěrným izolátorem Trojice, respektive čtveřice izolátorů se označuje jako sada izolátorů. Součástí sady jsou mimo samotných izolátorů také hlavy izolátorů, montážní okna, víka montážních oken, výztužný kruh a spojovací materiál (viz Obr. 8). Obr. 8: Sada izolátorů s výztužným kruhem Právě tyto sady vstupují do výrobních výkresů přepravních jednotek jako podsestavy pod jednou pozicí v kusovníku. Další vstupující pozice, respektive podsestavy můžou být připojovací hlavy vodiče, dilatační prvky nebo inspekční kryty. Výslednými výrobky jsou tedy jednotlivé přepravní jednotky. Příklady jednotlivých výrobků jsou vidět na následujícím obrázku (Obr. 9). Pod číslem 1 je přímý díl se dvěma sadami izolátorů, pod číslem 2 je rovný díl s dilatačním prvkem na pouzdře a třemi sadami izolátorů. Pod číslem 3 je rovný díl se tře- 11

18 mi sadami izolátorů, připojovací hlavou vodiče, připojovací přírubou pouzdra a otvorem pro připojení odbočky. Pod číslem 4 je kolenový díl se třemi sadami izolátorů. Obr. 9: Příklady jednotlivých výrobků Pouzdra i vodiče se vyrábějí z hliníkového plechu různých tlouštěk. Tloušťka vodičů bývá větší než tloušťka pouzder. Tloušťky vodičů i pouzder mají vždy své opodstatnění. Tloušťka vodiče vychází z tepelně-elektrického výpočtu, kdy vodič musí být schopen přenášet proud od generátorové turbíny s minimálními ztrátami. Vyšší tloušťky vodičů tedy nejsou voleny primárně z pevnostních důvodů, ale především z těch tepelně-elektrických. Pouzdro má však odlišnou funkci. V první řadě vymezuje bezpečnou vzdálenost od povrchu vodiče, 12

19 kde by došlo k přeskočení elektrického proudu na kostru. Kostra je v tomto případě pouzdro, které je uzemněno. Další funkcí je snížení intenzity magnetického pole, které vodiče vyzařují. Poslední neméně důležitou funkcí pouzdra je funkce pevnostní, neboť konstrukce zapouzdřený vodičů má být samonosná. Vzhledem k samonosné konstrukci musí pouzdro jednak zachycovat síly od tíhy vodiče, a zároveň musí zachycovat reakce v úložných sedlech od tíhy celé trasy zapouzdřených vodičů. Jelikož zapouzdřené vodiče jsou dodávané do elektráren po celém světě, musí se také počítat s možným zemětřesením a silnými větry. Musí také držet svůj kruhový tvar, a to i při nastalém zkratu, kde mezi jednotlivými fázemi zapouzdřených vodičů vznikají značné zkratové síly. Jak ale již bylo řečeno dříve, pouzdro je tvořeno plechy od 3 mm tloušťky, což vzhledem k pevnostním nárokům kladených na pouzdro, je poměrně málo. Ke zvýšení pevnosti pouzdra se proto používají výztužné prvky zajišťující tvarovou stálost pouzdra. Jsou to již dříve zmíněné výztužné kruhy (viz Obr. 10), které jsou přivařené k pouzdru a zároveň také k montážním oknům izolátorů. Obr. 10: Výztužné kruhy Pro průměry pouzder do 960mm se používá zakroužená plochá tyč z hliníkové slitiny o rozměrech 50x10 mm. Pro větší průměry se používá plochá tyč 60x15 mm. Tyto výztužné kruhy se přidávají ke každé sadě izolátorů kvůli tomu, že právě v těchto místech je pouzdro nejvíce namáháno od montážních oken, respektive držáků izolátorů, na které jsou přes izolátory přenášené síly od tíhy vodiče. Dva spodní izolátory by tak mohly deformovat pouzdro, respektive jeho kruhovitost, a pouzdro by tak mělo tendenci měnit svůj tvar na trojúhelníkový. Vzdálenosti mezi jednotlivými sadami izolátorů jsou cca 2,5 až 3 metry. Tato vzdálenost není volena z toho důvodu, že by průhyby byly na straně vodiče, nýbrž na straně pouzdra. Rozmístění sad izolátorů s pravidelnou roztečí 2,5 metru v celé trase zapouzdřených vodičů od začátku až do konce však není možné. Volba umístění sad izolátorů má svá specifika. Hlavním omezujícím kritériem při rozmisťování sad izolátorů je rozdělení trasy na jednotlivé přepravní jednotky, které se jednak vejdou do přepravních kontejnerů a také umožní co nejsnadnější montáž přímo na elektrárně. Sady izolátorů proto nemohou být v místě montážních spojů, které jsou přivařeny až přímo na stavbě. Na následujícím obrázku (Obr. 11) je část trasy zapouzdřených vodičů, kde jsou fialovou barvou vyznačené různé typy montážních spojů. Je to přímý spoj, kolenový spoj a spoj k připojení odbočky k hlavní trase. Mimo jiné jsou zde vidět také jednotlivé přepravní jednotky se sadami izolátorů. 13

20 Obr. 11: Druhy montážních spojů Další omezení pro umisťování sad izolátorů přinášejí dilatační spoje, které se volí jak na pouzdru, tak na vodiči. Dilatace na vodiči se řeší pružnými elementy, které umožní dilataci ve směru osy. Tyto pružné elementy jsou hliníkové, kvůli zajištění vodivosti. Dilatační spoj však z pevnostního hlediska tvoří přerušení, a proto se musí poblíž tohoto spoje z obou stran umístit sady izolátorů, aby přerušený vodič podepřely. V případě dilatace pouzdra je to obdobné. Jen se jako dilatační prvky používají hliníkové kompenzátory, které jsou vyráběné tažením z plechu. Umožní tak pouzdru dilatovat ve směru jeho osy. Stejně jako je tomu u vodičů, tak i u pouzdra dilatační prvek představuje z pevnostního hlediska zeslabení. Proto i z obou stran kompenzátoru se musí umístit sady izolátorů, které podepřou pouzdro (Obr. 12). Obr. 12: Kompenzátor pouzdra Dalším omezujícím parametrem pro umisťování sad izolátorů jsou úložná sedla, na kterých leží celá trasa zapouzdřených vodičů. Tyto sedla jsou vidět na Obr

21 Obr. 13: Úložná sedla Úložná sedla jsou opět hliníková a na stavbě v elektrárně jsou k pouzdru přivařená. Jelikož veškerá hmotnost zapouzdřených vodičů je přes pouzdro přenášena na tato sedla, může právě v těchto místech vznikat deformace pouzdra. Z tohoto důvodu se opět v těsné blízkosti úložných sedel umísťuje sada izolátorů s výztužným kruhem. Vše je o to komplikovanější, že ne vždy je možné volit umístění sedel dle potřeby. V mnoha případech se totiž při návrhu okolí generátoru předem příliš nepočítá s podepřením zapouzdřených vodičů, a proto se pak vodiče podepírají v místech již existujících konstrukcí nebo se podpěrná ocelová konstrukce musí umístit tam, kde zrovna zbylo ještě nějaké místo k jejímu kotvení. Další z omezujících kritérií je tvar samotné trasy, protože je opět nutné volit řadu izolátorů v těsné blízkosti kolen či odboček. Posledním kritériem pro volbu vzdálenosti mezi řadami izolátorů je velikost zkratových sil, které při zkratu působí na jednotlivé fáze zapouzdřených vodičů a mají snahu je přiblížit k sobě. Kombinací všech těchto omezujících faktorů je tedy patrné, že je takřka nemožné na celé trase rozmístit řady izolátorů v pravidelné 2,5 metrové vzdálenosti od sebe. 2.2 Popis stávajícího postupu výroby pouzdra Pouzdro jednofázově izolovaných zapouzdřených vodičů je tvořeno zakrouženými hliníkovými plechy. Jelikož výrobky jsou jednotlivé přepravní jednotky dlouhé až 12 metrů, a polotovary plechů jsou 2 metrové, musí být tyto plechy vzájemně svařovány. Nyní se podrobněji podívejme na postup jeho výroby. V první fázi výroby se musí nastříhat tabule plechu na požadovaný rozměr. Pokud je tabule jako polotovar dodána již v požadovaném rozměru, musí se pouze překontrolovat rozměr a rovnoběžnost stran, které se k sobě svaří v podélném směru pouzdra. Následně se plechy zakrouží na zakružovačce na požadovaný průměr (Obr. 14). Zakroužení probíhá tak, že plech v rozvinutém tvaru je vtahován dvěma prostředními hnacími válci a pomocí dvou krajních válců je tvarován do požadovaného průměru. Následně je zakroužený plech, který je však stále umístěn mezi válci zakružovačky, pracovníkem na obou koncích spojen bodovým svarem, kvůli usnadnění další manipulace. 15

22 Obr. 14: Zakružování plechu Zakroužený plech poté směřuje na svařovací automat. Pomocí jeřábu se pouzdro zavěsí na nosník, nastaví se poloha svařovací hubice a následně se spustí svařovací automat včetně pojízdného vozíku, až vznikne podélný svar (viz Obr. 15). Nebude-li pro finální výrobek potřeba použít celý dvoumetrový kus, směřuje díl na pálící stroj Tubosec, kde se zkrátí na požadovaný rozměr. Někdy se plech zkrátí na požadovaný rozměr ještě v rozvinutém tvaru. Záleží na tom, jestli se odříznutý zbytek roury použije na jiné přepravní jednotce nebo ne. Pokud ano, je výhodnější zakroužit jeden dvoumetrový kus plechu a ten pak rozdělit, než kdyby se plech nejdříve rozdělil a pak se každá část zakružovala zvlášť. Obr. 15: Podélné svaření pouzdra 16

23 Otázku maximálního využití materiálu řeší především technolog, nicméně už samotný konstruktér může využití materiálu dosti ovlivnit svým vhodným rozdělením trasy na přepravní jednotky. Je-li tedy plech zakroužený, podélně svařený a v požadované délce, následuje další operace, kterou je kalibrace (Obr. 16). Tato operace je výhradně ruční práce, kdy pracovník pomocí gumového nářadí a šablon kalibruje pouzdro, respektive jeho kruhový tvar. Obr. 16: Kalibrace pouzdra Následující operace probíhá na horizontální vyvrtávačce, kde se na pouzdře zarovnávají čela (Obr. 17) a v případě velkých tlouštěk se konce ještě úkosují. Obr. 17: Zarovnání čelních ploch 17

24 Oba tyto operační úseky obrábění probíhají současně, protože jak úkosovací, tak zarovnávací nůž je upnutý ve speciálním upínacím přípravku (viz Obr. 18). Obr. 18: Upínací přípravek nožů Pouzdro se upíná do dvou speciálních upínacích objímek (viz Obr. 19) na posuvném stole stroje. Objímky jsou dělené a horní část tvoří dva odklápěcí segmenty, které se po upnutí pouzdra vzájemně spojí pomocí západky a případně se dotáhnou šroubem. Obr. 19: Upínací objímky Pokud se jedná o díl pouzdra z prostřední části přepravní jednotky, musí se zarovnávat nebo úkosovat obě strany pouzdra. Je tedy potřeba pouzdro odepnout, otočit a znovu upnout do objímek. Stejně jako k manipulaci s pouzdrem mezi jednotlivými pracovišti, tak i pro otá- 18

25 čení pouzdra v objímkách se používá jeřáb. Po zarovnání je díl připraven na další operaci. Budou-li na daném dílu pouzdra umístěné například řady izolátorů, musí se pro ně na pálicím stroji ještě vypálit otvory. Stejně tak to mu je, budou-li na daném dílu pouzdra odbočky, nebo bude-li zde umístěna skříň pro různá zařízení. Poté se do vypálených otvorů vsadí montážní okna a přivaří se k pouzdru. Dále se na pouzdro přivaří krátké odbočky či příruby pro odbočky a různé skříně. Pokud by navaření odbočky nebo příruby ztížilo následnou montáž vodiče při kompletaci, provede se toto přivaření až v konečné fázi po vložení vodiče. Další fází ve výrobním postupu je nástřik vnitřní části pouzdra černou barvou, protože po svaření jednotlivých dílů dohromady a po namontování vodiče by pro nástřik již nebyl prostor. Vnitřní nástřik černou barvou není prováděn z důvodu protikorozní ochrany, ale z důvodu zvýšení emisivity. Protikorozní ochranu není nutné řešit z toho důvodu, protože pouzdra jsou vzduchotěsná a vnitřní prostor pouzder je tlakován suchým čistým vzduchem. Na následujícím obrázku (Obr. 20) jsou vidět různé díly pouzdra, které jsou připravené na poslední fázi výroby pouzdra, tedy již zmíněné svaření jednotlivých dílu dohromady. Díly jsou tedy zakroužené, podélně svařené, mají případně vypálené otvory pro připojení odboček, přivařené montážní okna izolátorů a jsou zkrácené na požadovaný rozměr. Obr. 20: Díly pouzdra před závěrečným svařováním Jednotlivé části kolenového dílu nejsou před finální kompletací svařené dohromady, protože by se buďto s obtížemi nebo vůbec nedalo nasunout na koleno vodiče, které na rozdíl od pouzdra je před kompletací již svařeno. U kratších rovných zapouzdřených vodičů se nejprve svaří celé pouzdro i celý vodič, a ty se do sebe pak zasunou a postupně se nainstalují izolátory. Při kompletaci odbočkových či kolenových dílů se musí díly pouzdra i vodiče svařovat a nasouvat postupně. V těchto případech, kdy se musí pouzdro svařovat s již vsunutým vodičem, se nemůže využít polohovacího zařízení. Svařování jednotlivých dílů pouzdra na polohovacím zařízení je vidět na Obr. 21. Jednotlivé díly jsou nejprve jeřábem vloženy do polohovacího zařízení, jejich konce jsou vzájemně slícovány a bodově svařeny. Poté následuje kompletní svaření po celém obvodu pouzdra. Polohovací zařízení, respektive rychlost otáčení si svářeč sám ovládá nohou. 19

26 Obr. 21: Svařování jednotlivých dílů pouzdra Toto polohovací zařízení rovněž není možné použít pro svaření rovného dílu s kolenovým. Svářeči tak musí svařovat v různých polohách, což není ideální jak z hlediska produktivity, tak i z hlediska ergonomie práce. Tím následně může být i ovlivněna kvalita vzniklého svaru. Tvorba V nebo pí svaru v poloze nad hlavou je obzvláště náročná. Poté následuje přivaření výztužných kruhů. Jak již bylo řečeno, tyto výztužné kruhy jsou důležitým prvkem pro pevnost pouzdra a jeho tvarovou stálost při působení zkratových, statických ale i dynamických sil, které mohou vznikat například při zemětřesení nebo působením silného větru. Po svaření všech prvků pouzdra i vodiče a po montáži všech izolátorů je přepravní jednotka připravena k finálnímu nástřiku vrchní barvy pouzdra. Již dříve byl ve firmě pokus o racionalizační opatření, které spočívalo v úpravě výrobního postupu. Typ svaru při spojování jednotlivých plechů byl nahrazen koutovým svarem. Změny druhu svaru bylo docíleno konstrukční úpravou konce plechů, kdy se rozšířil jeden konec zakrouženého plech, a bylo tak možné dva sousedící plechy do sebe nasunout. Rozšířením konce plechu tedy vznikl tzv. pertl (Obr. 22). Velikost rozšíření byla na poloměru rovna tloušťce plechu zvětšená o 1 mm. Obr. 22: Rozšíření konce plechu 20

27 Touto úpravou se zvýšila technologičnost konstrukce. Odpadla operace zarovnání čelních ploch pouzdra, jelikož plechy se už nesvařovaly tzv. na tupo. Konce plechů byly vzájemně přesazené, a nebylo tak nutné mít rovnoběžné čelní plochy. Tento způsob spojení tak umožňoval kompenzovat délku celkovou délku pouzdra přepravní jednotky, jak je vidět na Obr. 23. Obr. 23: Možnost délkové kompenzace Pertl na konci plechu byl vytvářen na horizontální vyvrtávačce pomocí speciálního přípravku. Přípravek pracoval na principu odstředivé síly, kde při dosažení určitých otáček měly válečky vlivem odstředivé síly působit z vnitřní strany na konec pouzdra a roztáhnout ho. Válečky měly nastavený doraz, kterým se vymezila vzdálenost, o který se mělo pouzdro rozšířit. Jak tento přípravek vypadal je vidět na Obr. 24. Obr. 24: Původní přípravek na tvorbu pertlu Přípravek byl upnutý ve vřetenu stroje a s pouzdrem upnutým v objímkách se najelo na tento přípravek. Vřeteno se začalo otáčet a postupně se zvyšovaly otáčky, čímž válečky začaly působit na vnitřní stranu pouzdra a roztahovat ho. Tento přípravek byl vyroben pouze pro průměr pouzder 640 a 800 mm. Pomocí tohoto přípravku se vyrobilo pouze několik zakázek a poté se od něj upustilo. Ačkoliv způsob spojování plechů a svařování koutovým svarem byl výhodnější, tak tvorba pertlu pomocí zmíněného přípravku nebyla optimální. Vzniklý pertl byl nepravidelný, u každého kusu jiný, a musel se vždy ještě ručně kalibrovat. Nepravidelnost vzniklého pertlu spočívala v proměnlivé tuhosti pouzdra. Protože například v místě podélného svaru se pouzdro chová trochu jinak než na ostatních místech. Navíc plechy mají zaručenou 21

28 pouze minimální tloušťku, takže někde může mít 4 mm plech tloušťku 4,5 až 5 mm. Vlivem proměnlivé tuhosti pouzdra nebylo možné stanovit pro daný průměr a tloušťku pouzdra konkrétní otáčky. Otáčky se tak různě zvyšovaly, dokud pertl nedosáhl požadovaného tvaru. Někdy se však otáčky zvýšily natolik, že se pouzdro příliš rozvibrovalo a pertl se poškodil. Pertl se pak musel ručně opravovat, což nebylo vůbec efektivní. 2.3 Shrnutí nevýhod současného stavu Z popsaného postupu výroby pouzdra se jako úzké místo jeví hned několik operací. Jsou to kalibrace, zarovnání čelních ploch a svařování jednotlivých dílů pouzdra dohromady. Nutnost kalibrování a zarovnání čelních ploch vlastně vycházejí z požadavků kladených na typ svaru při vzájemném spojování. Kvůli pí svaru musí být čelní plochy pouzder rovnoběžné a mít stejnou kruhovitost. Rovnoběžné z toho důvodu, aby po svaření výsledné pouzdro přepravní jednotky bylo rovné. Stejná kruhovitost je důležitá z důvodu lícování hran při svařování. U menších tlouštěk plechů je sice pouzdro poddajnější, a lze případné nepřesnosti korigovat stlačením plechu působením ruky pracovníka, může tím ale dojít k ještě větší deformaci pouzdra a následná kalibrace již dvou svařených dílů pouzdra je už dosti obtížná. Proto je důležitá kalibrace jednotlivých dílů ještě před jejich vzájemným svařováním. Zarovnávání čelních ploch nebo případné úkosování zakroužených plechů probíhající na horizontální vyvrtávačce patří k další operaci, která je potřeba racionalizovat. Zarovnávání probíhá na obou stranách plechu, s výjimkou krajních plechů přepravních jednotek. Plech se tak musí dvakrát upínat. Například 2 metrový díl pouzdra o průměru 960 mm a tloušťce 5 mm váží kolem 81 kg. Manipulace se tak musí provádět pomocí jeřábu. Otočení obrobku zabere poměrně dost času, protože se nejprve musí uvolnit objímky, poté uvázat lano pro jeřáb, pomocí jeřábu zvednout, otočit a znovu spustit, odepnout lana a opět upnout do objímek. Co se týká vzájemného spojování jednotlivých dílů, zde neefektivita spočívá v typu svaru. Při svařování tzv. na tupo je použit svaru typu pí, jehož výroba při svařování hliníku menších tlouštěk je obzvláště náročná a vyžaduje velké zkušenosti svářeče. U větších tlouštěk plechů, kdy jsou konce úkosovány se někdy musí svar podkládat, aby došlo k správnému provaření. Časová náročnost výroby takových svarů tak narůstá. V následující tabulce (Tab. 1) jsou vidět časové normy pro jednotlivé operace při výrobě pouzdra. U každého druhu operace je stanoven čas práce, případně čas přípravný. Tab. 1: Časové normy pro výrobu pouzdra Pouzdro Ø800mm, délka 2 m Č. Druh operace Přípravný čas Čas práce Stroj 1 Zakroužení plechu 0,5 Nh/zakázka 0,26 Nh/ks Zakružovačka 2 Podélný svar 0,5 Nh/zakázka 0,27 Nh/m Svářecí automat 3 Kalibrace 1. konce plechu 0,22 Nh 4 Kalibrace 2. konce plechu 0,22 Nh Ruční práce 5 Pálení otvorů pro izolátory 0,2 Nh/ks 1 Nh/zakázka 6 Řezání pouzdra 0,23 Nh/m Tubosec (plasma) 22

29 7 Nasazení přípravku 4,7 Nh 8 Zarovnání 1. čelní plochy 0,45 Nh/zakázka 0,18 Nh 9 Zarovnání 2. čelní plochy 0,13 Nh 10 Přivaření montážních oken pro izolátory + výztužného kruhu 4,6 Nh/zakázka 1,7 Nh/řada 11 Vnitřní nástřik pouzdra 0,21 Nh/ks 12 Svaření dílů dohromady 0,37 Nh/ks 0,45 Nh/m Horizontální vyvrtávačka Ruční práce (svářecí poloautomat) Ruční práce (lakovna) Ruční práce (svářecí poloautomat) Uvedené hodnoty časových norem platí pro průměr pouzdra 800 mm. Pro větší průměry pouzder se všechny hodnoty zvyšují v závislosti na větší ploše, obvodu a hmotnosti, která dosti ovlivňuje manipulaci s pouzdrem a tím tedy přípravu pro jednotlivé operace. 23

30 3 Návrh řešení problému 3.1 Návrhy na zlepšení Vzhledem k úzkým místům stávajícího výrobního postupu by racionalizačním opatřením měla být změna v postupu a zároveň i ve způsobu výroby. Je potřeba změnit operace kalibrování, zarovnávání čelních ploch a svařováním jednotlivých dílů pouzdra. Směr, kterým by se racionalizace měla ubírat, by měl následovat předchozí pokus, kdy díky rozšíření konce pouzdra bylo možné ke spojení plechů aplikovat koutový svar. Tím se kromě výhodnějšího svaru docílilo i snadnější a přesnější montáže. Zároveň odpadla operace obrábění čelních ploch pouzder, která také představuje úzké místo výrobního postupu. Vznikem pertlu na konci pouzdra se docílilo také toho, že dva svařované plechu se do sebe nasunuly a nebylo tak potřeba kalibrovat jejich kruhovitost kvůli vzájemnému lícování při svařování tzv. na tupo. Nicméně navržený přípravek nebyl vhodným řešením. Jeho nespolehlivost a malá efektivita sebou přinášela jiné nevýhody, které byly do jisté míry větší než ty současné. Obrábění čelních ploch je sice časově náročnější než byla tvorba pertlu, nicméně při dodržení předepsaného postupu a podmínek se obráběním vždy dosáhne stejného výsledku v rámci tolerance. To se u výroby pertlu zmíněným přípravkem říct nedalo. S tím bylo spojeno také to, že ačkoliv díky pertlu již nebylo nutné kalibrovat kruhovitost pouzder, musel se kalibrovat a ručně dotvarovat samotný pertl, který byl nerovnoměrný. Je tedy potřeba nalézt nové řešení, které bude eliminovat nevýhody současného stavu, ale zároveň sebou nepřinese žádné jiné závažné nevýhody. Pokud by výroba pertlu dosáhla takové spolehlivosti, že dodržením předepsaného postupu a podmínek by byly výsledky v rámci toleranci vždy stejné, dosáhlo by se značné časové úspory. Úplně by odpadla operace ručního kalibrování a tvarovaní pertlu. Zároveň by výroba pertlu probíhala pouze na jednom konci plechu, tedy pouze na jedno upnutí oproti stávajícímu obrábění obou čelních ploch a nutnosti dvojího upínání. Dalším možným přínosem by bylo využití svařovacího automatu, který je v současné době využíván pouze ke svařování vodičů. Vodiče mají totiž větší tuhost, a tím přesnější kruhovitost, protože mají menší průměr a větší tloušťku a ani působením větší síly se nedeformují a kruhovitost se tak nemění. Proto je možné udržet konstantní velikost oblouku při otáčení svařovaných dílů. Svařovací automat je vidět na Obr

31 Obr. 25: Svařování vodičů svařovacím automatem U pouzder větších průměrů a malých tlouštěk je to problém, protože ruční kalibrací pouzder není možné docílit takové kruhovitosti, aby svářecí automat udržel konstantní velikost oblouku. Svářecí automat by tak musel být dovybaven senzory, které by zajistily konstantní velikost oblouku i při svařování pouzder s oválnějším tvarem. Dovybavení těmito senzory by ale představovalo značnou investici. 3.2 Návrh variant výroby jednotlivých dílů pouzdra Zmíněnou racionalizaci lze provést několika způsoby. Jako první možnost se nabízí využití horizontální vyvrtávačky, stejně jako tomu bylo u dřívějšího pokusu racionalizace. Jen je potřeba navrhnout jiný, spolehlivější přípravek. Druhou možností by bylo úplné vynechání jednoho pracoviště, konkrétně horizontální vyvrtávačky, a výrobu pertlu se pokusit zakomponovat do operace zakružování. Další možností je pak investice do nového strojního vybavení již uzpůsobeného na požadované úpravy plechů. O této variantě by se dalo uvažovat v případě, že by se neosvědčila žádná z prvních dvou možností Využitím horizontální vyvrtávačky Pokud jde o možnost využití horizontální vyvrtávačky, v podstatě se zde nabízejí dvě varianty, jak tento stroj využít. První možností je, že by se otáčelo pouzdro a přípravek byl fixní a druhou možností je, že ve vřetenu by byl upnutý přípravek, který by se otáčel, a zafixované by bylo pouzdro. V případě první možnosti, by se pouzdro upnulo do vřetena, a na posuvném stole stroje bude upnutý přípravek pro tvorbu pertlu. Upnutí pouzdra je možné 25

32 provést buď pomocí sklíčidla s možností velkého rozsahu upnutých průměrů (Obr. 26), anebo výrobou speciálního upínacího přípravku. Obr. 26: Sklíčidlo na upínání pouzder Přípravek pro výrobu pertlu se pak upne na posuvný stůl stroje. Jak může takový přípravek vypadat, je i s popisem jednotlivých částí vidět na Obr. 27. Obr. 27: Fixní přípravek pro tvorbu pertlu 26

33 Na Obr. 28 je znázorněn princip tvorby pertlu tímto fixním přípravkem. V první fázi se najede přípravkem ke konci pouzdra tak, že se plech opře o spodní váleček. Ve druhé fázi se pouzdro začne otáčet a současně se dotahováním šroubu horní váleček přitlačuje na vnitřní stranu konce pouzdra, až vznikne požadovaný pertl. K tomu, aby pertl nebyl příliš malý nebo velký, slouží doraz umístěný na rámu přípravku. V poslední fázi se šroub povolí a díky pružině se horní váleček oddálí. Následně je možné s pouzdrem opět vyjet mimo přípravek. Princip přitlačování a oddalování horního válečku by také šlo řešit pákou namísto dotahování šroubu. Obr. 28: Princip tvorby pertlu fixním přípravkem Druhou možností je upnutí přípravku do otáčejícího se vřetena a pouzdra na posuvný stůl stroje. Tato varianta by byla výhodnější z toho hlediska, že by bylo možné využít stávajících upínacích objímek, do kterých se upínají pouzdra při zarovnávání čelních ploch. Tím by se ušetřily náklady oproti předchozí variantě, kde by se muselo investovat do sklíčidla nebo do výroby nového přípravku pro upínání pouzder. 27

34 Aby nedocházelo ke stejnému problému, jako u dříve navrženého přípravku, kde působící síla závisela na rychlosti otáčení, je potřeba, aby nový přípravek působil maximální silou už od nejnižších otáček. Proto by bylo vhodné, aby poloha válečků byla fixní a nezávisela na otáčkách. Průměr na vnějším obvodě přípravku by tak byl stejný, jako vnitřní průměr pertlu. Tvar válečků tak oproti původnímu přípravku musí mít z části kuželový tvar (viz Obr. 29). Obr. 29: Tvar válečku pro tvorbu pertlu Díky kuželu tak může přípravek plynule najíždět do pouzdra i za současného otáčení celého přípravku, jak je vidět na Obr. 30. Nemusí se tak nejprve s přípravkem najíždět do vnitřku pouzdra a až teprve pak začít přípravkem otáčet. Pevně nastavené válečky se při proměnlivé tuhosti pouzdra neodtlačí a vnitřní průměr pertlu tak bude mít konstantní hodnotu. Obr. 30: Postup tvorby pertlu pomocí válečku s kuželovým koncem Je patrné, že vzdálenost mezi osou válečku a osou vřetena bude záviset na průměru pouzdra. S rostoucí vzdáleností mezi osami tak bude narůstat síla působící na váleček, respektive na jeho uložení a přípravek samotný. Konstrukce přípravku tak musí být dostatečně tuhá, aby nedocházelo k jeho deformaci a zároveň, aby jeho údržba byla minimální. S ohledem na 28

35 možnost využití stávajícího upínacího přípravku by nový přípravek mohl být uchycen následovně (viz Obr. 31). Obr. 31: Přípravek se dvěma protilehlými válečky Aby nedocházelo působením dvou válečků pouze k pružné deformaci, musel by na přípravek být přidán ještě vnější váleček, který bude působit na vnější stranu pouzdra a tím bude pomáhat lépe tvarovat pertl. Na Obr. 32 je znázorněn postup tvorby pertlu s použitím zmíněného vnějšího válečku. Je ovšem patrné, že z technického hlediska by se muselo vyřešit vyjetí přípravku zpět z pouzdra. Po vytvoření pertlu totiž plech zůstane v přípravku zaklíněný a vnější válečky tak při vyjíždění pertl poškodí. Obr. 32: Princip tvorby pertlu pomocí vnějšího válečku Vnější válečky se tak musí po dokončení pertlu nějakým způsobem odsunout nebo odklopit, aby bylo možné s přípravkem vyjet zpět. Nabízí se zajištění pomocí šroubového spoje 29

36 či zajištění na principu čepu a závlačky. Odklápění válečků však musí být prováděno s co nejmenšími časovými ztrátami. Zajištění šroubovým spojem či závlačkou se tak nejeví jako nejvhodnější, protože povolování šroubů nebo neustálé zasouvání a vytahování závlačky po každém zakrouženém plechu je časově náročné. Daleko rychlejší variantou k uvolnění válečků by byl systém na principu čepu nebo kolíku zajištěného pružinou. Tento systém je znázorněn na Obr. 33. V první fázi se musí vytáhnout páka, aby došlo k jejímu odjištění, ve druhé fázi se páka odklopí nahoru a s ní i vnější váleček a ve třetí fázi se páka pustí a díky pružině opět zapadne do drážky, čímž se zajistí poloha válečku mimo pertl. Po dokončení pertlu se tak společně s uvolňováním objímek ručně odklopí vnější válečky a posuvným stolem se odjede mimo přípravek, aniž se poškodí pertl. Obr. 33: Pružinový systém odklápění válečků Na dalších obrázcích již můžeme vidět náhled na sestavu přípravku s rozpadem sestavy (Obr. 34) a také stroj osazený přípravkem společně s pouzdrem (Obr. 35). Obr. 34: Sestava přípravku + rozpad sestavy 30

37 Obr. 35: Stroj osazený přípravkem včetně upnutého pouzdra Systém zajištění pomocí pružiny však bude náročnější na výrobu. I odjištění válečků po vytvoření pertlu, obzvláště u větších průměrů pouzder, znamená zvýšené nároky na obsluhu, protože zastaví-li se přípravek s válečkem v horní poloze, odjišťovací páka bude pro obsluhu daleko. Pro pohodlné odjištění by pracovník musel pootáčet vřetenem tak, aby měl lepší přístup k válečkům. Vyhnout se tomuto problému lze zautomatizováním zajišťování a odklápění. V úvahu připadá například využití elektrických, hydraulických či pneumatických prvků. Použitím těchto prvků se však značně zvyšují náklady na výrobu přípravku. Navíc instalace těchto prvků na rotující součást by byla problematická, vzhledem k možnosti přívodu elektřiny, vzduchového či hydraulického média pouze středem vřetena. V úvahu tak připadá pákový mechanismus, který lze na rotující přípravek umístit i bez úprav stroje (Obr. 36). Mechanismus je umístěn mimo osu rotace, má poměrně kompaktní rozměry a jednoduchý způsob ovládání na principu táhel. Zajištění či odklopení válečků je navrženo pomocí páky. Ke snížení fyzických nároků na obsluhu, lze na krátkou ovládací páku vždy nasadit ještě jednu delší páku k vyvození větší ovládací síly. Rychlost odklopení by v takovém případě závisela na poloze, ve které se přípravek zastaví. Obsluha by se tak musela snažit stroj zastavovat tak, aby ovládací páka byla vždy na straně, ze které stojí obsluha stroje. V opačném případě by obsluha musela stroj obcházet nebo si opět vřetenem pootáčet. 31

38 Obr. 36: Pákový mechanismus na odklápění vnějších válečků Aby se obsluha vyhnula tomuto problému s odjišťováním válečků, ať už pomocí pákového mechanismu nebo přímo rukou (viz Obr. 33), vnější válečky by se musely odjistit samovolně. Tím by se vyřešil problém se zastavováním přípravku ve vhodné poloze a zároveň by se tím celkově celá tato operace značně urychlila. Samovolné odklopení by mohlo nastat například při změně směru otáčení. Konstrukce takového přípravku je vidět níže na Obr. 37. Princip je založený na kulisovém mechanismu, kdy vnější váleček se nachází vždy v jedné ze dvou krajních poloh. V jedné poloze tak pomáhá tvarovat pertl a ve druhé naopak umožní vyjetí přípravku, aniž se dostane s pertlem do kontaktu. Obr. 37: Přípravek se samovolným odjišťováním vnějších válečků 32

39 Na Obr. 38 je detailněji znázorněn princip přitlačování a odklápění vnějšího válečku. Vnější váleček se do polohy A dostane díky součiniteli tření mezi válečkem a vnějším povrchem pouzdra. Ke zvýšení tohoto součinitele je možné povrch vnějšího válečku opatřit například pryží. Pro odklopení válečku se musí změnit směr otáčení přípravku. Vnější váleček se tak díky součiniteli tření posune do oblasti mezi polohou A a B a vlivem setrvačné síly se pak dostane až do polohy B, čímž dojde ke vzniku mezery mezi válečkem a pouzdrem a umožní tak vyjetí přípravku, aniž by se poškodil již vzniklý pertl. Obr. 38: Princip samovolného přitlačování a odklápění vnějších válečků Snížení výrobních nákladů lze dosáhnout návrhem přípravku, který bude použitelný pro více průměrů pouzder, aniž by se musel ze stroje demontovat. Jednofázově izolované zapouzdřené vodiče jsou vyráběné v typových řadách s průměrem 400 mm, 480 mm, 540 mm, 640 mm, 800 mm, 960 mm, 1120 mm, 1280 mm, 1600 mm a 1820 mm. Na Obr. 39 je vidět kombinovaný přípravek použitelný jak pro průměr 640 mm, tak i pro 960 mm. Obr. 39: Kombinovaný přípravek se samovolně odklápěcím mechanismem 33

40 Podobně by se daly kombinovat i další dvojice, případně trojice či čtveřice. Nelze však kombinovat dvojice sousedících průměrů pouzder, jako například mm nebo mm. Na Obr. 39 vpravo je vidět, že pro tvarující válečky pro průměr pouzdra 800 mm už na přípravku není místo. Dalším možným řešením, jak správně vyrobit pertl, je využití přímo upínacích objímek, které by zastaly funkci vnějších válečků. Způsob upnutí pouzdra pro toto řešení je vidět na Obr. 40. Pouzdro je upnuté do objímky tak, že plech přesahuje pouze o nezbytně nutnou vzdálenost, která postačí k vytvoření pertlu. Hrana upínací objímky by se musela zaoblit, aby v oblasti, kde se opírá o pouzdro, nedocházelo k jeho otlačení. Obr. 40: Upnutí pouzdra při tvorbě pertlu Pokud tedy z přípravku odpadnou vnější válečky, a nebude nutné řešit způsob jejich přitlačování a odklápění, sníží se tím jednak náklady na výroby přípravku, ale také nároky na údržbu. Eliminací odklápěcího mechanismu se také zvýší spolehlivost přípravku. Stejně jako předchozí přípravek (Obr. 39), tak i tento by mohl být využíván pro více průměrů pouzder současně. Na Obr. 41 je konkrétně přípravek pro kombinaci průměrů 640 mm, 960 mm a 1280 mm. Obr. 41: Kombinovaný přípravek bez vnějších válečků 34

41 Oproti předchozímu přípravku s vnějšími pomocnými válečky by aplikace tohoto přípravku vyžadovala také úpravu upínacích objímek. Při tomto způsobu tvorby pertlu pouzdro totiž přesahuje hranu objímky jen o několik centimetrů a při aplikaci přípravku na pouzdro s průměrem 640 mm by došlo ke kolizi přípravku s posuvným stolem stroje. Úprava upínací objímky je patrná na Obr. 42. Je vidět, jak se úpravou dosáhlo požadovaného přesahu hrany objímky přes hranu posuvného stolu a tím se zabránilo kolizi s otáčejícím se přípravkem. Obr. 42: Aplikace kombinovaného přípravku Odzkoušení v praxi by ukázalo, zda takovýto tvar přípravku bude vyhovovat z hlediska tuhosti. Za zvážení by pak stál návrh přípravku kruhového tvaru, což jednak zvýší tuhost, a také umožní umístění většího počtu válečků po celém obvodě. Z důvodu snížení výrobních nákladů i časů na výměnu by opět bylo možné jeden přípravek použít pro více průměrů pouzder. Příklad konstrukce kombinovaného kruhového přípravku je vidět na Obr. 43. V tomto případě se jedná o kombinaci průměrů 640 mm, 800 mm a 960 mm. Ovšem i zde by v případě kombinovaného přípravku byla nevyhnutelná úprava upínací objímky. K zamezení konstrukčních úprav upínacích objímek by i zde bylo možné použít variantu, kdy pro každý průměr pouzdra bude vyroben jeden samostatný přípravek. 35

42 Obr. 43 Kombinovaný kruhový přípravek S ohledem na časové úspory během výroby pouzder v dané zakázce lze kombinaci průměrů provést ještě jiným způsobem. V naprosté většině zakázek jednofázově izolovaných zapouzdřených vodičů se trasa skládá z hlavní a odbočkové trasy. Odbočková trasa má téměř v 90ti% zakázek průměr pouzdra 640 mm. Z tohoto důvodu by bylo vhodné v případě výroby více přípravků umístit na každý z nich válečky také pro výrobu pertlu na průměr pouzdra 640 mm. Docílilo by se tím toho, že kvůli pouzdrům pro výrobky s průměrem 640 mm by se pokaždé nemusel měnit přípravek. Norma času stanovená na výměnu stávajícího upínacího přípravku pro soustružnický nůž se pohybuje mezi 4 až 5 Nh. Dá se tedy předpokládat, že výměna přípravku pro tvorbu pertlu by trvala podobně dlouho Využitím zakružovačky Zatím tedy byly navrženy varianty buď s nově vzniklým pracovištěm, nebo možností využití horizontální vyvrtávačky, kde by se operace obrábění čelních ploch zaměnila za operaci tvorby pertlu. Aplikací varianty s využitím stávajícího pracoviště odpadly z výrobního postupu dvě operace, které byly nahrazeny jednou novou operací. Kromě zmíněného zarovnávání čelních ploch a případného úkosování odpadla také operace kalibrování pouzdra. U operace svařování jednotlivých dílů pouzdra dohromady se změnil typ svaru z tupého na koutový. Jako poslední bude detailněji popsána varianta, kde by výroba pertlu probíhala sloučením dvou operačních úseků do jednoho pracoviště. Konkrétně to je operace zakružování plechu a výroba pertlu. Společným pracovištěm je zakružovačka. Při zakružování pouzdra prochází plech mezi dvěma hnacími válci, čehož by se dalo využít právě k vytvoření pertlu. Vzhledem k charakteru materiálu pouzdra, které je tvořeno hliníkem o čistotě 99,5%, což je 36